基于malabsimulink的阀控液压缸系统仿真与优化

基于malabsimulink的阀控液压缸系统仿真与优化

阀控液压缸系统的动态特性原油系统的动态特征是衡量其性能的重要指标。通过对原油系统进行计算机模拟和优化，对于提高系统的动态性能具有重要意义。液压控制阀和液压缸组成的阀控液压缸系统是液压系统中不可取少的组成部分,它的动态特性的好坏对整个液压控制系统的性能有决定性的影响。本文在建立实际数学模型的基础上,利用MATLAB/SIMULINK软件对阀控液压缸系统进行仿真,很直观的分析系统动态特性和相关的影响因素,并对系统进行优化,这对设计阀控液压缸系统具有实际指导意义。1流量a、c、k图1是一个常见的开关型阀控缸系统,泵出的油经节流阀、换向阀进入工作缸,并通过换向阀控制液压缸进、排油,从而实现活塞运动及换向。液压缸进油腔、回油腔流量连续性方程及活塞运动方程为q1=A1v+C1dp1dt(1)q2=A2v−C2dp2dt(2)p1A1−p2A2=mdvdt+Bv+F(3)q1=A1v+C1dp1dt(1)q2=A2v-C2dp2dt(2)p1A1-p2A2=mdvdt+Bv+F(3)式中q1、q2——流进、流出液压缸的流量A1、A2——液压缸进油、排油腔活塞面积p1、p2——液压缸进、排油压力v——活塞运动速度m——运动部分质量B——黏性组尼系数F——负载力C1、C2——进油、排油腔及其管路的液容,C1=V1/K,C2=V2/K,其中V1、V2为工作缸进、排油腔容积,K为油液体积弹性模量。将式(3)分别进行拉式变换,得Q1(S)=A1V(S)+C1SP1(S)(4)Q2(S)=A2V(S)-C2SP2(S)(5)A1P1(S)-A2P2(S)=(mS+B)V(S)+F(S)(6)由式(4)和式(5)可得A1V(S)=[1W1(S)−C1S]P1(S)(7)A2V(S)=[1W2(S)−C2S]P2(S)(8)A1V(S)=[1W1(S)-C1S]Ρ1(S)(7)A2V(S)=[1W2(S)-C2S]Ρ2(S)(8)式中W1(S)=P1(S)Q1(S)W1(S)=Ρ1(S)Q1(S),为进油管路系统传递函数W2(S)=P2(S)Q2(S)W2(S)=Ρ2(S)Q2(S),为出油管路系统传递函数如果忽略管道及换向阀等对系统动态性能的影响,进油管路的传递函数仅考虑节流阀,则有W1(S)=P1(S)Q1(S)=−1Cd(9)W1(S)=Ρ1(S)Q1(S)=-1Cd(9)式中Cd——节流阀流量系数而回油管路传递函数为W2(S)=P2(S)Q2(S)=0(10)W2(S)=Ρ2(S)Q2(S)=0(10)2系统动态特性分析由式(4)～式(6)可以给出以负载力F为输入,以运动部件速度v为输出的系统方框图,如图2所示。从图2中可以看出,当负载力F发生变化时,会导致速度v的变化,而v的变化又引起液压驱动力(p1A1-p2A2)的变化,构成系统内部的反馈,此外,黏性阻尼系数B,进油管路、出油管路的元件和管路均对系统动态特性有影响。由此,可对系统进行动态特性分析:(1)稳定(2)基于sim选型SIMULINK是MATLAB里的一个实现动态系统建模、仿真与分析的仿真集成环境软件工具包,使控制系统计算与仿真最先进的高效工具。本文将在SIMULINK环境下,用SIMULINK建立系统模型,并进行仿真以及用示波器观察仿真结果。由液压缸活塞在系统阶跃输入作用下的速度仿真曲线可以看出活塞速度有超调,如果要减小超调,就是对系统的动态特性进行优化。在上面仿真的基础上,可以通过改变某些参数的大小得出该参数对系统动态特性的影响,从而确定一个适当的数值使系统呈现良好的动态特性。3液压系统稳定性的分析液压系统的动态特性仿真,在元件及系统的设计、优化等方面发挥着巨大的作用,通过对典型的阀控液压缸系统进行数学建模,并借助MATLAB/SIMULINK软件进行仿真,达到所期望的目的,这为液压系统动态特性的分析研究和改善提供有力的工具。该系统是一个二阶系统,在一般情况下是稳定的。当但运动部件低速运动时,若出现了负摩擦特性,即B值为负值时,则系